材料为什么重要？你需要了解这些材料属性和科技名词

本期内容和平时有点不同，这次我们谈谈材料属性和以及它的专有名词，这是你应该需要了解

的信息。希望⼤家能够理解我们⽤来描述材料的6个关键词。它们分别是坚固(stiff)、强度、韧

性、碎性、延展性的和硬度(hard)。

⽤这些词，你能描述⼏乎所有的材料，并能更好地理解为什么某些材料，在不同的应⽤中会⼀

直被使⽤。更多像这样的科技视频和⽂章，欢迎订阅我们，你将第⼀时间收到我们的新内容。

⾸先我们要学习什么是拉伸试验，拉伸试验是材料⼒学的基本试验。它是在测量⼒和位移的同

时，把⼀个材料的样本拉开直到断裂。它为我们提供了⼀种叫做应⼒/应变曲线的东西。在这种

情况下，应⼒由施加在测试样本上的⼒除以横截⾯积确定。这就得到了单位⽜顿每⽶的平⽅，

你可以把它看成是压强帕斯卡的公制单位。应⼒在y轴上。应变曲线描述了在施加的⼒下发⽣了

多少变形，它是⽤长度的变化除以原始长度得到的。这个放在x轴上。

让我们再看看这个测试，看看我们能从应⼒/应变曲线图中得到什么信息。当应⼒上升时，材料开始变

形，这个初始的线性区域就是弹性变形。这就意味着，如果我们把⼒去掉，材料就会恢复到原来的形状，想想橡⽪筋是如何发⽣巨⼤变形，然后⼜恢复到原来的形状。这种线性弹性变形的终点是以屈服点为标志，从这⾥开始，任何附加的应⼒都会引起永久的变形。这叫做塑性变形，应⼒继续上升，直到达到极限拉伸强度点。这是材料的极限强度，是它能承受的最⼤压⼒。从这⾥开始，当材料的横截⾯开始减少时，就不需要那么⼤的压⼒了，你可以在这⾥看到，这叫做颈缩。这种情况⼀直持续到材料断裂。

我们可以从这个图中得到很多有⽤的信息，第⼀个是杨⽒模量，或者说弹性模量。这描述了材料的硬度，它是通过求这个线性区域的斜率得到的。坡度越陡意味着材料越硬，例如⾼碳钢就是这样的。⽽具有低杨⽒模量的柔性材料，如橡胶则是这样的。这个图不是按⽐例画的，但是它应该能让你知道这个信息是如何表⽰的。杨⽒模量是⼯程中最常⽤的性质之⼀，因为我们可以⽤它来预测各种情况下的偏转。

屈服强度和极限抗拉强度也是两个重要性质。⼯程师将产量或极限强度除以安全系数，以达到最⼤允许应⼒，从⽽影响产品的设计。通常⼯程师的⽬标是将最⼤压⼒保持在故障之下，但是不同⾏业的安全因素是不同的。所以我们看到了⼀种坚硬的材料和⼀种柔韧的材料。

现在让我们看看中间的⼀种材料，这种材料可以被描述成韧性和延展性。简单结实意味着材料可以吸收⼤量的能量⽽不会断裂。图下的⾯积定义了吸收了多少能量。韧性是指它在压⼒下变形，之前的两

种材料也可以被认为是延展性的。弹簧钢是⼀种韧性很强的材料，具有很⾼的屈服强度，这也是为什么它被⽤于弹簧的原因。弹簧需要吸收和释放能量，⽽不是永久变形，与韧性相反的便是坚硬(指脆性材料)。

脆性材料是⼀种⼏乎不变形的材料。玻璃、陶瓷和铸铁都属于这⼀类。你可以通过观察断裂表⾯来判断材料是脆的还是韧性的。韧性材料将具有这种典型的杯状和锥状断裂表⾯，⽽脆性断

裂具有颗粒状扁平状断裂表⾯。当温度降低时，有些材料会从韧性变为脆性。这实际上是第⼆次世界⼤战期间所遇到的⼀个⼤问题。

船只在没有任何警告的情况下断裂成两半，包括在⽩令海冰冷的海⽔中的SS John P. Gaines 号。后来发现，原来在低温下使⽤的钢会变得脆弱。在之前的视频中，你可以学习到原因，这让问题变得更糟。这种脆性也被认为是造成泰坦尼克号船体断裂的原因之⼀。

最后我要讲的材料性质是硬度。它直接关系到材料的刚度和屈服强度。但是它被⽤来描述凹痕、划痕和磨损材料的难易程度。这种材料性能的测量⽅法之⼀是通过洛⽒硬度试验。这个测试包括三个步骤，⾸先⽤缩进器对材料施加⼀个⼩的负载。这就建⽴了⼀个零点。对于第⼆步，增加⼀个⼤载荷，

使材料缩进，在最后⼀步，保持初始载荷的同时，主要载荷被移除。然后⽤第⼀步和第三步之间的深度差来计算材料的硬度。

⾦刚⽯是⼀种⾮常坚硬的材料，所以它经常被⽤于切割⼯具。钢的奇妙特性之⼀是它的热处理能⼒使

它的硬度在不同的地⽅得到调整。举个例⼦，你想要⼑刃很硬，但是⼑刃主要是具有延展性的。这意味着剑在压⼒下可以弯曲⽽不折断，⽽⼑刃可以⾜够坚固抵抗伤害。感谢您的阅

读，下期见！

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